Design, fabrication, and characterization of micro thermal actuators
Mikro termal eyleyicilerin tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu
- Tez No: 649079
- Danışmanlar: DOÇ. KIVANÇ AZGIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Bu tez uzayabilen kas hücrelerini karakterize etmek için tasarlanan bir termal eyleyici bazlı servo sisteminde kullanılacak olan V-Tipi termal eyleyicileri ve çift sonlu diyapazon kuvvet sensörlerinin tasarımın, üretimini ve karakterizasyonunu sunmaktadur. Eyleyiciler, aynı uzama değerlerini korurken, ürettikleri kuvveti artırmak için seri olarak paketlenmiştir. Hem sıkışma hem de gerilme durumlarında test denekleri üzerinde bir kuvvet oluşturmak için uçlarında yaylarla genel sisteme bağlanmışlardır. Eyleyicilerden üretilen yüksek sıcaklık değerlerinin etkisini azaltmak için eyleyicilerin hemen ucuna soğutma parmakları eklenmiştir. Denekleri yerleştirmek ve test etmek için eyleyici sistemi üzerinde iki büyük plaka konumlandırılmıştır. Eyleyici sisteminin bir tarafı eyleyici serisine diğer tarafı ise kuvvet algılama mekanizmasından oluşmaktadır. Eyleyici sisteminin bu iki tarafı arasındaki tek bağlantı ise denek veya denekler olacaktır. Hücre bağlanma mekanizması ve biyoloji ile ilgili diğer araştırmalar bu tezin ilgi odağında değildir, sadece mekanik tasarımı çalışılmıştır. Sensörün diğer tarafında kuvvet algılama mekanizması olarak Çift Sonlu Diyapazon rezonant sensörü, DETF'den oluşur. DETF'in modellenmesi, tasarımı ve karakterizasyonu kapsamlı bir şekilde incelenmektedir. Sensör üretiminden sonra eyleyicilerin karakterizasyon testleri gerçekleştirilmiştir. Eyleyiciler için matematiksel model ve COMSOL analizinin test sonuçlarının birbiriyle tuttuğu görülmüştür. 8V gerilim değerleri için maksimum ~ 700 K sıcaklıkta ve ortalama ~ 560 K sıcaklıkta 8-9 μm sapma değerleri elde edilmiştir. Benzer şekilde, fabrikasyondan sonra DETF yapıları hem vakum hem de hava koşullarında DETF performansını görmek için test edilmiştir. DETF'in 70 kHz civarında iki moda, 69 kHz'de eş fazlı mod ve 72 kHz'de faz dışı moda sahip olduğu gözlemlenmiştir. DETF'e uygulanan DC gerilimin yalnızca büyüklüğü etkilediği ve DETF'nin doğal frekansını etkilemediği de gösterilmiştir. Ayrıca hem vakum hem de hava koşulları için kalite faktörü 23316 ve 182 olarak elde edilmiştir. Eş faz mod ile faz dışı mod bağlantılardaki sertliklerden dolayı 3kHz farka sahiptir. Bu durum matematiksel model ve COMSOL analizi ile de doğrulanmıştır. Her sensördeki her iki plaka da üretim sırasında kırıldığı için DETF'nin hassasiyetini bulmaya yönelik testler yapılamamıştır. Kuvvet duyarlılığı için sadece matematiksel model ve COMSOL sonuçları incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the design, fabrication, and characterization of V-Type thermal actuators, which will be used in an actuator system that is planned to be a tensile and compressive test setup to characterize the expandible cells by the help of double-ended tuning fork resonators as a force sensing mechanism. Actuators are serially packed to increase the generated force by them while maintaining the same deflection values. They have been connected to the overall system by springs to create a force on test subjects in both compressive and tensile states. In order to cut the effect of high-temperature values generated from the actuators, cooling fingers have been added just after the actuators. Two large plates are designed on the actuator system to put the test subjects. While one side of the actuator system consists of actuators packs and one of the plates, the other side consists of the other plate and the force-sensing mechanism. Between these two sides of the actuator system, the only connection will be test subjects. The cell attachment mechanism and other biology-related research are not the focus of the interest of this thesis. On the other side of the sensor, the force sensing mechanism consists of Double Ended Tuning Forks, DETF, as a resonant sensor. Modeling, design, and characterization of the DETF are discussed extensively. After the fabrication, characterization tests of the actuators takes place. It has been seen that the mathematical model and COMSOL analysis for the actuators hold the test results. For 8V of voltage values, 8-9 μm deflection values have been obtained in a maximum temperature of ~700 K and an average temperature of ~560 K. Similarly; fabricated DETF structures have been tested to see the performance of DETF under both vacuum and air conditions. It has been observed that DETF has two modes around 70 kHz, the in-phase mode in 69 kHz and out-of-phase mode in 72 kHz. It has also been shown that proof mass voltage only affects the amplitude and not affects the natural frequency of the DETF. Also, the quality factor for both vacuum and air conditions are obtained as 23316 and 182. The in-phase mode and the out-of-phase mode have a 3kHz difference because of the stiffnesses on the connections. It has also been verified by the mathematical model and COMSOL analysis. The tests to find the sensibility of the DETF could not be done since both plates on every sensor broke down. Only mathematical model and COMSOL results for the force sensibility has been studied.
Benzer Tezler
- Design, fabrication and characterization of a thermo-mechanical infrared detector array with integrated optical readout
Optik okuma ile tümleştirilmiş termo-mekanik kızılötesi algılayıcı dizinlerinin tasarım, üretim ve karakterizasyonu
REFİK BURAK ERARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. HAKAN ÜREY
- Temperature detection using micro plate vibrations
Mikro plaka titreşimlerini kullanarak sıcaklık tespiti
SEDAT PALA
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KIVANÇ AZGIN
- Design, fabrication and characterization of a MOEMS based thermal imaging system
MOEMS tabanlı termal görüntüleme sistemi tasarımı, üretimi ve testi
ONUR FERHANOĞLU
Doktora
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ÜREY
- Design considerations, modeling and characterization of GaN HEMTs and design of high frequency and high power MMIC amplifiers
GaN HEMT yapılarının tasarımı, modellenmesi ve ölçümleri, ve yüksek hızlı ve yüksek güçlü MMIC yükselteçlerin tasarımı
ÖMER CENGİZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN PALAMUTÇUOĞULLARI
- Design and fabrication of electrostatically actuated nanotweezers by guided self-assembly
Elektrostatik hareket prensibi ile çalışan nano cımbızların tasarımı ve yönlendirilmiş kendinden birleşme metodu ile üretimi
ÖZLEM ŞARDAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. ERDEM ALACA